JP2012195175A - マイクロ波放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロ波を利用した放電ランプにおいて、高い発光効率を得られるとともに、放電容器にアークが触れることによる放電容器の過熱を抑え、クラックの発生を防ぐことを技術的課題としている。
【解決手段】 筒状導電性容器（１）内に導電性棒状部材（５）を設置し、導電性棒状部材の端面と筒状導電性容器（１）の第二の端面（３）との間で強い電界を発生させ、この空間に一対の電極を設けた発光管（１１）を配置することによりマイクロ波エネルギーを効率よく結合させる。筒状導電性容器内には反射鏡（１６）を配置してもよく、発光管から放射された光を効率よく利用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はマイクロ波を利用して点灯する放電ランプに関する。

近年、環境意識の高まりから放電ランプの長寿命化の要望が高まっている。この長寿命化の要望に応えるために、数十ｋＨｚ以上の周波数を利用することにより、発光空間に電極を持たずとも発光空間内の発光物質に電磁エネルギーを結合させることが可能な無電極ランプが提案されている。

無電極ランプは発光部に電極を有していないため、寿命中電極が消耗し、電極物質が発光空間内に飛散することによる発光効率の低下がなく、また硫黄などのように発光効率は高いが電極材料と反応するために有電極ランプでは使用することができない発光物質を使用することができるため、放電ランプの長寿命化、高効率化がという観点で注目されている。

特許文献１には、誘電体を封入した導波管内に発光管を配置し、プローブにより導波管内に供給したマイクロ波により発光管を点灯させる無電極ランプ装置が開示されている。導波管内に第１の領域、第２の領域、第３の領域を設け、電界の強い第２の領域に隣接して発光管を配置することにより、マイクロ波エネルギーを発光管に結合させている（段落０００８）。

また、特許文献２には、同じようにマイクロ波を利用しながらも発光空間内に電極を有し、電極をアンテナとしてマイクロ波を発光空間内に供給することにより発光効率の向上を図った放電ランプ装置が開示されている。

特表２００９−５１５２９４ 特開２００７−１１５５３４

一般的に無電極ランプは発光空間全体にアークが発生するため、光源としての大きさが大きく、プロジェクタのバックライト用の光源や自動車の前照灯のように、光学効率を要求される用途には不向きである。また、アークが放電容器に触れるので、アーク温度が高い場合、放電容器が局所的に過熱され、放電容器にクラックが発生するおそれがある。

また、誘電体を封入した導波管内に発光管を配置した場合、発光管から放射された光は直接外部に放射される光と、誘電体に反射された後に外部に放射される光に分かれる。このとき、誘電体側に放射された光は誘電体で反射される際に、誘電体に吸収される光があるため損失が発生するので、発光効率が低下してしまう。

上記課題を解決するために本発明の請求項１記載のマイクロ波放電ランプは、閉じられた第一の端面と中心に開口部が設けられた第二の端面を有する筒状導電性容器と、前記第一の端面の内面に配置された導電性棒状部材と、前記筒状導電性容器の内部にマイクロ波電力を導入するために前記導電性棒状部材と平行に配置されたアンテナと、前記導電性棒状部材の先端面と前記筒状導電性容器の開口部との間に配置された放電容器内に一対の電極を備えた発光管を備えることを特徴とする。

本発明によれば、アンテナによりマイクロ波エネルギーが筒状導電性容器内に供給されると、導電性棒状部材の先端には筒状導電性容器の第二の端面との間で、周囲に比べ強い電界が生起されるので、この空間に配置された発光管に効率よくマイクロ波エネルギーを結合することができる。

また、発光管に発生する放電は、放電容器内に設けられた一対の電極間において発生するため、点光源化が可能になり、高い光学効率を達成することができるとともに、アークが放電容器に触れることがなく、放電容器の局所的な過熱による放電容器のクラックが発生するおそれがない。

また、反射鏡を設置しているため、発光管から放射された光が、周囲の部材に吸収されることなく、希望する領域に照射されるので、発光効率が低下することがない。

本発明に係るマイクロ波放電ランプを示す断面図である。

図１は本発明に係るマイクロ波放電ランプを示す断面図である。図１に示すようにマイクロ波放電ランプ１０は、閉じられた第一の端面２と中心に開口部４が設けられた第二の端面３を有する筒状導電性容器１を有する。筒状導電性容器は内径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円筒形状であり、開口部の直径は６０ｍｍであり、電気導電性を有している。

筒状導電性容器１の内部には、第一の端面２側から導電性棒状部材５が設置されている。導電性棒状部材は金属製であり、第一の端面２側から直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの第一部分５Ａとそれに連なる直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの第二部分５Ｂからなる。
また、筒状導電性容器１の内部には、マイクロ波を導入するためのアンテナ６が第一の端面２側から設置され、このアンテナ６はコネクタ７に接続されており、コネクタ７はマイクロ波電源（図示せず）に同軸ケーブルなどを用いて接続され、マイクロ波が供給される。アンテナ６は直径３ｍｍ、長さ１３０ｍｍであり、導電性棒状部材５に平行に設置されている。このとき供給されるマイクロ波の周波数は４５０ＭＨｚである。マイクロ波の周波数を変える場合は、各部の寸法をマッチングがとれるように適宜変更する必要がある。

発光管１１は放電容器１２内に、６ｍｍの間隔を隔てて配置された一対の電極１３を備えており、放電容器内には水銀と金属ハロゲン化物と希ガスが封入されている。

筒状導電性容器１と導電性棒状部材５は同軸構造とみなすことができるが、このとき導電性棒状部材５は筒状導電性容器１よりも短く、導電性棒状部材５の先端面と筒状導電性容器１の第二の端面３との間で強い電界が形成される。

このとき、導電性棒状部材５の先端面付近において電気力線が集中するため最も電界の強くなる空間であり、発光管１１の一対の電極１３Ａ、１３Ｂの中間部分が導電性棒状部材５に近い空間に配置されることが望ましい。
また一対の電極１３Ａ、１３Ｂは金属箔などを介して発光管の外部と電気的に接続しても良く、導電性棒状部材側の電極１３Ａを、金属箔１４Ａを介して導電性棒状部材５Ｂに挿し込み接続してもよい。また開口部側の電極１３Ｂを、金属箔１４Ｂを介して外部リード線１５に接続し、この外部リード線１５を筒状導電性容器１の第二の端面３と接続しても良い。

さらに、マイクロ波放電ランプ１０は内部に反射鏡１６を備えても良い。
反射鏡１６はガラスなどの誘電体材料からなり、ＴｉＯ_２やＳｉＯ_２からなる誘電体反射膜が形成されている。反射鏡１６と反射膜１７を誘電性材料で形成することにより、筒状導電性容器１内の電界分布の変化を抑えられるため、発光管１１の点灯にはほとんど影響を与えない。
この構成により発光管１１から放射された光は反射鏡１６で反射され開口部４より放出されるので、光の損失がなく、高い発光効率を得ることができる。
また、反射鏡１６の面形状を楕円面または放物面に形成しても良く、この場合反射鏡の焦点と発光管１１の電極１３Ａ、１３Ｂの中間部分を略一致させることにより、発光管１１から放射された光は希望とする方向に照射されるため、光学的な効率を高めることが可能になる。
尚、筒状導電性容器１内の電界分布に影響を与えるため、金属製の反射鏡や、アルミ蒸着膜などの金属製膜は使用することはできない。

以上説明したように、本実施形態によれば、開口部を設けた筒状導電性容器内に導電性棒状部材を配置した構成となっているので、内部にマイクロ波を導入したときに、筒状導電性容器の第二の端面と導電性棒状部材との間に強い電界分布が発生する。この空間に一対の電極を有する発光管を配置することにより、電極間に放電が発生し、効率よくマイクロ波電力を結合することができる。
また、筒状導電性容器内に反射鏡を配置することにより、発光管から放射された光の損失を抑え、高い発光効率、光学的な効率を得ることができる。

１ 筒状導電性容器
２ 第一の端面
３ 第二の端面
４ 開口部
５ 導電性棒状部材
６ アンテナ
７ コネクタ
１０ マイクロ波放電ランプ
１１ 発光管
１２ 放電容器
１３Ａ、１３Ｂ 電極
１４Ａ、１４Ｂ 金属箔
１５ 外部リード線
１６ 反射鏡
１７ 反射膜

Claims (2)

1. 閉じられた第一の端面と中心に開口部が設けられた第二の端面を有する筒状導電性容器と、前記第一の端面の内面に配置された導電性棒状部材と、前記筒状導電性容器の内部にマイクロ波電力を導入するために前記導電性棒状部材と平行に配置されたアンテナと、前記導電性棒状部材の先端面と前記筒状導電性容器の開口部との間に配置された放電容器内に一対の電極を備えた発光管を備えるマイクロ波放電ランプ。
2. 前記導電性容器内に、前記発光管の周囲に誘電性材料からなり誘電体反射膜が形成された反射鏡を配置したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波放電ランプ。